ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИВОДОВ

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИВОДОВ

МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ

Учебное пособие

Под редакцией А.А.Толстоногова

Рекомендовано учебно-методическим объединением

в качестве учебного пособия

для студентов вузов железнодорожного транспорта

Самара 2008

УДК 621.81.001.63

ББК 34.445

П 79

Рецензенты:

доктор техн. наук, профессор,

зав. кафедрой "Локомотивы и локомотивное хозяйство" МИИТ

В.И.Киселёв;

 

доктор техн. наук, профессор кафедры

"Локомотивы и локомотивное хозяйство" ПГУПС

А.В.Грищенко;

 

канд. техн. наук, доцент,

главный инженер Куйбышевской железной дороги –

филиала ОАО "РЖД"

А.А.Комаров

 

Авторы:

А.А. Толстоногов(гл. 1…11),А.В. Алексеев(гл. 8…10),

М.С. Жарков(гл. 3), Н.В. Назарова (п. 11.6),

В.В. Федоров (гл. 2), В.В. Янковский (гл. 2…11)

 

 

П79

Проектирование приводов машин и механизмов транспортной техники[Текст]:учебное пособие для студентов вузов железнодорожного транспорта / А.А.Толстоногов [и др.] ; под редакцией А.А.Толстоногова. – Самара : СамГУПС, 2008. – 228 с.

ISBN 978-5-98941-073-6

 

Учебное пособие содержит материал по разделам курса в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлениям "Подвижной состав железных дорог", "Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы" и "Мехатроника". Рассмотрен широкий спектр электромеханических приводов транспортной техники.

Предназначено для студентов высших учебных заведений железнодорожного транспорта, изучающих курс "Детали машин и основы конструирования". Может быть полезно студентам, изучающим курс "Прикладная механика".

 

УДК 621.81.001.63

ББК 34.445

 

 

ISBN 978-5-98941-073-6 © СамГУПС, 2008
ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Предисловие................................................................................................ 5

Введение....................................................................................................... 6

1. Приводы машин и механизмов транспортной техники......................... 9

1.1. Условия работы и требования к приводам транспортной техники 9

1.2. Классификация и особенности конструкции транспортных приводов 10

2. Методика выбора оптимальных параметров привода.......................... 21

3. Расчёт и проектирование зубчатых передач.......................................... 29

3.1. Особенности конструкции зубчатых передач транспортной техники 29

3.2. Материалы и общие принципы расчёта зубчатых передач............. 32

3.3. Расчёт закрытой цилиндрической зубчатой передачи. тяговый привод тепловоза ТЭП60.................................................................... 38

3.4. Расчёт открытой цилиндрической зубчатой передачи. Привод шлагбаума ША-8N.............................................................................. 45

Расчёт планетарной передачи. Привод шуруповёрта ШВ-2М......... 51

3.6. Расчёт волнового редуктора. Привод шлагбаума ША-8N ............. 64

3.7. Расчёт закрытой конической передачи.

Привод системы охлаждения генератора тепловоза 2ТЭ10Л......... 73

3.8. Расчёт червячной передачи.

Механизм подъёма пути электробалластера ЭЛБ-1........................ 80

3.9. Тепловой расчёт червячного редуктора. Привод лебёдки

передвижения пакетов пути моторной платформы МПД................. 85

4. Расчёт и проектирование фрикционных, ременных

и цепных передач..................................................................................... 90

4.1. Расчёт фрикционных передач............................................................ 90

4.2. Расчёт ременных передач. Приводы вагонных

электрогенераторов РД2Д и ТРКП.................................................... 94

4.3. Расчёт зубчатоременных передач...................................................... 110

4.4. Натяжные устройства ременных передач.......................................... 116

4.5. Расчёт цепной передачи.

Привод побудителя распределителя щебня и гравия Д-337........... 118

5. Расчёт валов. Ведущий вал мультипликатора привода ТРКП............. 126

6. Расчёт и проектирование опор валов..................................................... 134

6.1. Расчёт и выбор подшипников скольжения....................................... 134

6.2. Расчёт и выбор подшипников качения.

Осевые подшипники привода EUK................................................... 137

6.3. Особенности проектирования подшипниковых узлов..................... 162

7. Расчёт и выбор муфт. Муфта привода рабочих механизмов

шпалоподбивочной машины ШПМ-2..................................................... 166

8. Расчёт ходовых винтов. Железнодорожный винтовой домкрат ДВ10. 169

9. Конструирование корпусов редукторов, рам и плит

агрегатных приводов............................................................................... 177

10. Системы смазывания деталей приводов................................................. 198

11. Расчёт соединений деталей приводов транспортной техники............... 202

11.1. Расчёт сварного соединения. Уголковый кронштейн для растяжек

крепления нестандартного груза при пе­ревозке в грузовом вагоне 202

11.2. Расчёт резьбовых крепёжных соединений, стяжных и

анкерных болтов............................................................................... 207

11.3. Расчёт соединения с натягом.

Посадка колеса на ось колёсной пары локомотива........................ 211

11.4. Расчёт шпоночных соединений........................................................ 217

11.5. Расчёт шлицевого соединения.

Хвостовик первичного вала осевого редуктора ходовой тележки

платформы МПД, кранов УКД-12,5 и ПКД-25............................... 219

11.6. Расчёт штифтовых соединений......................................................... 223

Заключение ............................................................................................... 225

Библиографический список ...................................................................... 226

 

 

Предисловие

Предлагаемое учебное пособие предназначено для самостоятельного выполнения курсового проекта и расчётно-графических (контрольных) работ по дисциплине "Детали машин и основы конструирования" (ДМОК). Содержание пособия соответствует требованиям Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлениям "Подвижной состав железных дорог" и "Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы", "Мехатроника". Пособие соответствует рабочей программе курса и основной задаче его освоения − выработке у студентов навыков самостоятельной работы и принятия инженерных решений.

Пособие предназначено для студентов как дневной, так и заочной форм обучения по специальностям: "Локомотивы", "Вагоны", "Электрический транспорт", "Муниципальный транспорт", "Строительно-дорожные машины" и "Мехатроника".

Предлагаемое пособие дополняет учебно-методические материалы курса − учебники, конспект лекций, справочники и атласы конструкций. При этом в пособии впервые за всё время преподавания курса собраны воедино все необходимые справочные данные, приведены все методики расчёта, следуя которым, студент, получая по ходу расчёта все необходимые данные, может самостоятельно выполнять свой вариант задания, приобретая наглядное представление о взаимосвязи расчётных параметров, условий и результатов расчёта. С целью наибольшей профилизации курса, повышения интереса студентов к изучению дисциплины "Детали машин и основы конструирования" по каждой из типовых деталей приведён образец расчёта на примере реальных конструкций электромеханических приводов, механизмов и агрегатов подвижного железнодорожного состава и дорожно-строительных машин, а также путевого хозяйства.

Главы пособия расположены в том же порядке, в котором студент должен выполнять курсовой проект.

При выполнении контрольных работ и курсового проекта, читая соответствующий раздел, студент сопровождает его, пункт за пунктом, расчётом своего варианта задания. Пособие иллюстрировано образцами рабочих чертежей деталей, которые также служат студенту моделью для выполнения чертежей рассчитанных деталей.

Вся необходимая справочная информация приводится непосредственно в тексте по мере необходимости. В конце пособия приведён список учебной, методической и справочной литературы для более глубокого изучения предмета.

Данное пособие обобщает 35-летний опыт преподавания авторами данной дисциплины на кафедре механики Самарского государственного университета путей сообщения.

Необходимость издания данного пособия вызвана чрезвычайно малым и постоянно сокращающимся количеством часов аудиторных занятий, отводимых стандартами и учебными планами на изучение курса. В связи с этим возрастает роль самостоятельной работы студентов, для чего и предназначено данное учебное пособие.

Авторы будут признательны за все замечания и предложения с целью дальнейшего улучшения пособия, которые можно прислать по адресу: 443066, г. Самара, 1-й Безымянный пер., д.18, СамГУПС, кафедра механики. E-mail: atol56@mail.ru

Введение

Курсовой проект по дисциплине "Детали машин и основы конструирования" является базовым в общепрофессиональной подготовке инженера- механика (электромеханика), практической основой инженерных навыков применения полученных знаний.

Выполнение курсового проекта базируется на теоретическом материале курса "Детали машин и основы конструирования" [12, 34, 44], а также на предшествующей механико-математической подготовке студента, обеспечиваемой соответствующими разделами дисциплин "Математика", "Физика", "Теоретическая механика", "Теория механизмов и машин" [40], "Инженерная графика", "Информатика", "Сопротивление материалов", "Материаловедение и технология материалов".

Знания, полученные при изучении курса "Детали машин и основы конструирования" и курсовом проектировании, будут использованы при изучении таких специальных дисциплин, как: "Теория и конструкция локомотивов", "Локомотивные энергетические установки", "Механика вагонов", "Конструкция и расчет вагонов", "Механическая часть электроподвижного состава", "Технические основы создания машин" и др.

Этапы проектирования и конструирования машин обусловлены тем, что машины, как и другие изделия, изготавливаются только по проекту, который, в любом случае, является совокупностью графических и текстовых документов. Правила и порядок разработки, оформления и обращения этих документов устанавливается комплексом стандартов – Единой системой конструкторской документации (ЕСКД), разработанной в 70-е годы XX в [10].

Однако каждому проекту предшествует предпроектная подготовка. Её центральным моментом является прогнозирование конструкций, которое рассматривается как часть научно-иссле­довательской работы, направленной на подбор и подготовку исходного материала, необходимого для разработки технического задания на проектирование [15, 16, 39].

При краткосрочном прогнозировании (на 5-10 лет) следует оценить перспек­тивный уровень развития конструкции создаваемой машины. При среднесрочном и долгосрочном прогнозировании (на 20-30 лет) необходимо определить значимость имеющихся новых открытый и изобретений, цель и техническую стратегию.

B процессе прогнозирования следует установить: функциональное назна­чение машины; основные технико-экономические параметры; потребность и предполагаемый план изготовления; новые материалы и виды заготовок; новые тех­нологические процессы; потребность в оборудовании и технологической оснастке; новые формы и методы организации и управления производством; эффективность от создания новой конструкции машины.

При этом могут быть использованы следующие методы прогнозирования:

– метод экстраполяции, используемый в основном при краткосрочном про­гнозировании;

– метод экспертных оценок, который рекомендуется применять в случае от­сутствия достаточно систематизированной информации о прошлом или в случае, когда научно-техническое развитие в значительной мере зависит от принимаемых решений, а не от технических возможностей;

– метод моделирования, в основу которого должно быть положено целесообразное абстрагирование процесса развития конструкции в будущем. Рекомендуется использовать метод математического моделирования.

По совокупности решаемых задач можно выделить частное и системное проектирование.

Частный подход к проектированию определяется критериями, отвечающими частным или специфическим интересам.

На основе системного подхода применяют следующие методы проек­тирования машин:

– эвристические − всевозможные упорядоченные в какой-то мере правила и рекоменцации, помогающие при решении задач без предварительной оценки результатов;

– алгоритмические − основываются на алгоритме, который можно опреде­лить как последовательность указаний, касающихся процедур (операций), позволяющих решить задачу.

Системный подход вносит коренные изменения во все стадии работы машины, начиная с ее создания. Принципиально новый подход заключается в том, что решается задача создания развернутого унифицированного семейства машин одного функционального назначения заданного главного параметра. Для решения такой задачи предварительно анализируют рациональные экономические гра­ницы данного семейства, причём критерием является конечный экономическийй эффект от применения унифицированного семейства по сравнению с применением ряда машин индивидуальных конструкций.

В этом случае выбирают, как правило, по принципу наибольшего потребле­ния, базовую модель.

Понятие проектирования является общим для целого комплекса понятий. Оно включает в себя:

– выбор принципа действия машины или прибора;

– разработку принципиальной, конструктивной и других схем;

– инженерные расчёты;

– конструирование;

– технологическую разработку;

– изготовление и испытание опытного образца;

– разработку технической документации для серийного производства.

Под конструированием машин понимают часть проектирования, включающую несколько стадий, установленных ГОСТ 2.103-68.

Для единичного производства это:

– разработка технического предложения по ГОСТ 2.118-73;

– разработка эскизного проекта по ГОСТ 2.119-73;

– разработка технического проекта по ГОСТ 2.120-73;

– разработка документации для изготовления изделия;

– корректировка документации по результатам изготовления и испытания изделия.

Стадии конструирования при серийном производстве те же, но только корректировку документации приходится повторять несколько раз: сначала для опытного экземпляра, затем для опытной партии, затем по результатам изготовления и испытаний первой промышленной партии.

Конструирование машин и механизмов или их отдельных узлов − творче­ский процесс, особенностями которого является многовариантность решений. Задачей конструктора является выявление возможных вариантов, согласование применяемых решений с общими и специфическими требованиями, предъяв­ляемыми к машине. При этом постоянно происходит выбор оптимального варианта из всех возмож­ных.

Оптимальным следует считать тот вариант конструкции машины (узла), который наиболее полно удовлетворяет технико-экономичес­ким и социальным требованиям (критериям).

Простейшим и эффективным критерием сравнения является масса, а также удельные параметры, выраженные отношением массы к мощности, вращающему моменту, производительности. Стоимость материала составляет значительную долю стоимости машины, которая коррелирует с массой.

Особенное значение критерий массы приобретает для транспортных машин. И конечно, напрямую с массой связаны габариты машины. Стремление к максимальному КПД отражает критерии экономичности и производительности, т.к. в противном случае машина будет фактически работать на преодоление сил трения, которое существенно повысит износ и снизит долговечность.

Конструкция новой машины должна удовлетворять технологическим, специальным и экономическим требованиям.

Конструкция машины должна быть отработана на технологичность c целью обеспечения приемлемого уровня эффективности ее изготовления, т. е. должна удовлетворять требованиям производства.

Следовательно, к одной и той же конструкции машины предъявляются тре­бования эксплуатации и требования производства.

Виды основных требований зксплуатации: требования функционирования; требования выполнения штатных работ; требования технологии технического обслуживания; требования организации технического обслуживания; требова­ния технологичности и организации ремонта.

Новая машина в процессе эксплуатации должна обеспечить приемлемый уровень эффективности. Поэтому при проектировании новой машины следует обеспечить экономическуго целесообразность ее использования.

Все эти требования необходимо обеспечивать уже на стадии проектирования деталей машины, чему и посвящается предлагаемое учебное пособие.

Приводы машин и механизмов транспортной техники

Приводами или передаточными механизмами называются механизмы, обеспечивающие надёжную кинематическую и силовую связь между двигателем или иным ведущим элементом и исполнительным звеном.

Это может быть либо привод ведущих колёсных пар локомотива, автомобиля, либо привод систем вентиляции, охлаждения и смазки агрегатов, либо привод вспомогательных устройств, инструментов, измерительных приборов, устройств периферии компьютеров, электроники и т.п.

В любом случае, от двигателя до исполнительного звена механическая энергия (мощность) преобразуется в различных передачах, детали и соединения которых изучаются в курсе "ДМОК". Такие передачи обычно по конструктивным и технологическим соображениям объединены в модули, называемые или редукторами, или мультипликаторами и являются в достаточной степени типовыми для различных отраслей техники.

 

Условия работы и требования к приводам

Транспортной техники

− слабая предсказуемость динамики, особенно в дорожном строительстве; − пыль, влажность, грязь, коррозия, проникновение во внутренние полости… − вибрации, удары, толчки, рывки;

Классификация и особенности конструкции

Транспортных приводов

− тяговые; − распределительные; − агрегатные;

Контрольные вопросы

Что называется приводом?

Где преобразуется механическая энергия, передаваемая от двигателя к исполнительному органу?

В чём состоит специфика работы приводов транспортной техники?

Каковы главные требования к приводам транспортной техники?

Как различают приводы в зависимости от величины и направления передаваемой мощности?

В чём различие групповых и индивидуальных приводов?

Каков основной признак распределительных приводов?

В чём разница законов передачи и преобразования энергии у разных типов приводов?

Каким приводам свойственен периодический режим работы с частыми перерывами?

Каковы специфические требования к приводам измерительных устройств?

Методика выбора оптимальных параметров привода

Для достижения этих целей лучшими во всех отношениях являются механические передачи и, особенно, зубчатые редукторы. Для удобства работы и обслуживания в большинстве случаев двигатель, передачи,… Проектирование любого устройства начинается с выяснения его требуемых входных и выходных параметров. Выходными…

Контрольные вопросы

Что является источником энергии для большинства приводов?

Для чего двигатель, передачи, муфты и передаточный механизм привода монтируются на общей раме?

С чего начинают проектирование любого устройства?

С чего начинают расчёт проектируемого привода?

Почему в любом механизме часть мощности теряется?

Как вычисляют КПД многоступенчатого привода?

Какой тип двигателя чаще других используется в приводах и почему?

Где в дальнейшем используются рассчитанные входные и выходные параметры привода?

С какой целью выполняют кинематический расчёт привода?

Как выбирают тип передаточного механизма?

По какому критерию распределяют передаточное отношение между ступенями привода?

Для чего в дальнейшем понадобятся результаты силового и кинематического расчётов?

Расчёт и проектирование зубчатых передач

Зубчатые передачи всех видов имеют широчайшее применение в любых отраслях техники, от сельскохозяйственных машин до точной механики и электроники. Повсеместно применяются они и в транспортном машиностроении. При всём многообразии конструкций приводов зубчатые колёса являются основным видом передач в приводах транспортных машин.

Особенности конструкции зубчатых передач

Транспортной техники

Зубчатую передачу приходится вписывать в стеснённые габариты при заданном межцентровом расстоянии, что затрудняет выбор оптимальных параметров.… Наиболее эффективным мероприятием, обеспечивающим высокую компактность… Всё большее применение находят планетарные и волновые редукторы, дающие компактные размеры при больших передаточных…

Материалы и общие принципы расчёта зубчатых передач

Основными видами разрушения зубчатых колес являются усталостное выкрашивание боковых поверхностей зубьев от действия переменных контактных… При всём многообразии конструкций зубчатых передач их расчёт выполняется по… Исходными данными для расчета являются требуемое передаточное отношение, передаваемые вращающие моменты на валах…

Расчёт закрытой цилиндрической зубчатой передачи.

Тяговый привод тепловоза ТЭП60

Конструкция этого привода с опорно-рамным подвешиванием тягового двигателя легко позволяет применять одноступенчатый редуктор, состоящий из… Ведущая шестерня тягового редуктора, закреплённая на валу двигателя, имеет… Зубчатая передача заключена в сварной листовой кожух, куда залито 3,5 л специальной морозостойкой смазки,…

Расчёт открытой цилиндрической зубчатой передачи.

Привод шлагбаума ША-8N

Особенность расчёта обусловлена спецификой работы таких передач. Они не защищены или очень слабо защищены от попадания абразивных частиц из… Основными видами разрушения открытых зубчатых колес является поверхностный… Примером такой передачи может служить тихоходная ступень привода шлагбаумов (рис. 3.8) типа ША (4, 6, 8, N и S),…

По результатам расчёта выполняются рабочие чертежи (рис. 3.9).

 

 

Расчёт планетарной передачи. Привод шуруповёрта ШВ-2М

Наибольшее распространение получили планетарные передачи, в которых, с целью выравнивания нагрузки по потокам, одно из центральных колес выполняют… В планетарном редукторе с плавающим солнеч­ным колесом ведущий вал 4… Планетарные редукторы с плавающим корончатым колесом сложнее по конструкции и поэтому не нашли широкого применения…

Расчёт волнового редуктора. Привод шлагбаума ША-8N

Особенности конструкции в волновом редукторе имеют гибкое колесо, гибкий подшипник и генератор волн. Гибкие колёса выполняют в виде стаканов или цилиндрической оболочки со… Форма заготовок гибких колёс существенно упрощается, если стакан выполняют сварным или оболочку соединяют с валом…

Расчёт закрытой конической передачи.

Привод системы охлаждения генератора тепловоза 2ТЭ10Л

При этом из опыта эксплуатации известно, что из-за существенного влияния на работу неточностей взаимного расположения колёс, конические передачи… Конические прямозубые колёса применяют при окружных скоростях до 2 м/с. При… Основные размеры конических колёс определяют с корректирующим коэффициентом ν(H,F), который зависит от вида колёс…

Расчёт червячной передачи. Механизм подъёма пути

Электробалластера ЭЛБ-1

В целях предотвращения усталостного выкрашивания поверхности зуба червячного колеса, червячные передачи рассчитываются на поверхностную выносливость… Рассмотрим расчёт червячной передачи на примере редуктора лебёдки механизма… Редуктор (рис. 3.26) через муфту передаёт вращение на червячный вал, а червячное колесо имеет в центре трапецеидальную…

Тепловой расчёт червячного редуктора. Привод лебёдки

Передвижения пакетов пути моторной платформы МПД

Уравнение теплового расчёта, составляемое из баланса тепловой энергии, позволяет оценить температуру редуктора, передающего заданную мощность N, кВт… t = {[1000 N (1–η)] / [KT F (1+Ψ)]} + to ≤ [t], где η – КПД редуктора; KT – коэффициент теплоотдачи = 8…11 [Вт/(м2·град)] при слабой циркуляции и 14…17…

Контрольные вопросы

Каковы основные виды разрушения зубчатых колёс?

От чего зависят допускаемые напряжения материалов колёс?

Какой характер нагрузок всегда характерен для зубчатых передач?

С какой целью используются нормальные ряды параметров зубчатых передач?

Какие параметры необходимо указывать на рабочих чертежах зубчатых колёс?

Как назначается степень точности зубчатой передачи?

Для чего и когда следует увеличивать ширину зубчатого венца?

В чём состоит особенность расчёта открытых цилиндрических колёс в сравнении с закрытыми?

Каковы основные виды разрушений открытых зубчатых колёс?

Как в расчёте учитывается реверсивный характер работы передачи?

Каковы особенности применения планетарных передач в приводах?

Какие существуют способы установки вала планетарной передачи на опорах?

От чего зависит выбор типа конструкции ведомого вала и водила планетарной передачи?

Какие опоры в планетарной передаче самые нагруженные?

Как мощность в планетарной передаче разделяется на несколько потоков?

При каких условиях целесообразно применять волновые зубчатые передачи?

Каковы особенности условий работы и поломок конических зубчатых колёс?

По каким критериям выбирают материалы и назначают термообработку конических колёс?

Каковы особенности конструкции и эксплуатации червячных передач?

По какому условию выполняется тепловой расчёт червячной передачи?

Какие конструктивные меры необходимо принимать, если расчётная температура червячной передачи превышает допускаемую?

4. Расчёт и проектирование фрикционных,

Ременных и цепных передач

Расчёт фрикционных передач

Рассчитаем основные размеры фрикционной открытой конической передачи и её нагрузки на валы [1, 8, 12]. Передаваемая мощность N1 = 5 кВт, частота… Примем материал катков – сталь ШХ15: E = 2,15·105 МПа; твёрдость НВ200;… Расчёт выполняется в следующем порядке.

Расчёт ременных передач. Приводы вагонных

Электрогенераторов РД2Д и ТРКП

На кинематических схемах приводов ременные передачи обозначаются так, чтобы дать полную информацию о типе применяемого ремня (рис. 4.4). … Исходными данными для расчёта являются номинальная мощность и номинальная… Благодаря наличию огромной номенклатуры стандартных ремней, инженеру нет необходимости разрабатывать ремни.

Расчёт зубчатоременных передач

Ремни изготавливаются из армированного стальным тросом неопрена, пластмассы, полиуретана. Рабочая нагрузка передаётся спирально навитым по длине…   Таблица 4.11 Ремни приводные зубчатые по ОСТ…  

Натяжные устройства ременных передач

- Рис. 4.13. Натяжные устройства периодического действия - Рис. 4.14. Натяжные устройства автоматического … Автоматические натяжные устройства (рис. 4.14) поддерживают заданное усилие натяжения в зависимости от передаваемого…

Расчёт цепной передачи.

Привод побудителя распределителя щебня и гравия Д-337

По характеру работы различают приводные, тяговые и грузовые цепи. В качестве… Основные характеристики – шаг и ширина, основная силовая характеристика – разрушающая нагрузка. В обозначении…

Проверяем цепь по допускаемой частоте вращения

Таким образом, частота вращения (n1 = 111 об/мин) находится в допустимых пределах. Задаём оптимальное межосевое расстояние А = 40р = 40·25,4 = 1016 мм. Рассчитываем требуемое число звеньев:

Коэффициент высоты зуба k зависит от соотношения шага цепи и диаметра ролика (P/d1), в нашем случае P/d1 = 25,4/15,88 = 1,59. Тогда k = 0,532.

P/d1 =	1,4…1,5;	1,5…1,6;	1,6…1,7;	1,7…1,8;	1,8…2,00;
k=	0,480;	0,532;	0,555;	0,575;	0,565;

– диаметры окружностей выступов:

d_e1 = P[k+ctg(180°/Z₁)] = 25,4[0,532+ctg(180°/20)] = 171,05мм;

d_e2 = P[k+ctg(180°/Z₂)] = 25,4[0,532+ ctg(180°/60)] = 510,11 мм;

– радиус впадин r = 0,5025d₁ + 0,05 = 0,5025∙15,88 + 0,05 = 8,03 мм;

– диаметры окружностей впадин:

d_i1 = d_W1 − r = 162,4 – 8,03 = 154,4 мм;

d_i2 = d_W2 − r = 485,7 – 8,03 = 477,0 мм;

– ширина зубчатого венца звёздочки b = 0,9B_вн – 0,15, где B_вн – расстояние между внутренними пластинами цепи, тогда b = 0,9∙15,88–0,15 = 14,14 мм;

– радиус кривизны r₂ и координату h центра кривизны головки зуба для плавного набегания цепи принимают: r₃ = 1,7 · d₁ = 1,7 · 15,88 = 26,99 мм;

h = 0,8 · d₁= 0,8 · 15,88 = 12,70 мм;

– диаметр вала

проверяем конструктивное соотношение d_W1/d_в = 162,4/28 = 5,8; если соотношение диаметров окажется больше 10, то пересчитывают диаметр вала так, чтобы было d_в = d₁ / 10;

– диаметр ступицы d_ст = (1,6 …2,0)d_в = 45…56; принимаем d_ст = 50;

– длина ступицы l_ст= (1,6 …1,8)d_в = 45…50,4. Примем l_ст= 50;

– диаметр обода (наибольший):

D₀₁ = p·ctg(180°/Z₁) − 1,3b = 25,4·ctg(180°/20) − 1,3 · 14,14 = 141,90 мм;

D₀₂ = p·ctg(180°/Z₂) − 1,3b = 25,4·ctg(180°/60) − 1,3 · 14,14 = 466,25 мм.

По результатам расчётов окончательно назначаем для заданного привода цепь ПР-25,4-60 ГОСТ 13568-97, c рассчитанными геометрическими параметрами и отвечающую требованиям:

износостойкости p = 23,9 МПа < [p] = 32 МПа;

прочности S = 35,4 > [S] = 24,27;

долговечности ν_ц = 1,23 с^–1 < 20 с^–1.

По рассчитанным параметрам выполняется рабочий чертёж звёздочки (рис. 4.19).

Рис. 4.19. Рабочий чертёж звёздочки цепной передачи

Контрольные вопросы

В каких конструкциях могут применяться фрикционные передачи?

Когда применяются фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением?

В каких случаях могут применяться неметаллические фрикционные передачи?

В каком скоростном диапазоне обычно применяются ременные передачи?

Что является исходными данными для расчёта ременных передач?

Какова цель проектного и проверочного расчётов ременных передач?

В чём особенности применения плоскоременных и клиноременных передач?

Что является исходными данными для расчёта ременных передач?

Какие параметры ремней и ременных передач стандартизованы в нормальных рядах?

Как выбирается сечение клиновых ремней при расчёте передачи?

В чём особенности расчёта и выбора поликлиновых ремней?

По каким критериям находят минимальный диаметр шкива передачи?

Из чего складываются суммарные напряжения в ремне?

Каковы особенности конструкции и применения зубчатоременных передач?

Какие меры компенсируют высокую чувствительность зубчатоременных передач к неточностям монтажа?

Какие натяжные устройства применяют для ременных передач?

Каковы обязательные монтажные требования к ременным передачам?

Как различают цепи по характеру работы цепных передач?

Какие коэффициенты учитывают в расчёте условия эксплуатации цепи?

Какую роль в расчёте цепи играет удельное контактное давление?

Расчёт валов. Ведущий вал мультипликатора ТРКП

Проследим порядок расчёт вала на примере вала первой ступени цилиндрического мультипликатора ТРКП (рис. 5.1) пассажирского вагона [31, 53], ременную… Ведущий вал цилиндрического одноступенчатого мультипликатора получает вращение… На ведущем вале должно быть установлено зубчатое колесо, передающее вращающий момент ведомому валу, откуда он…

Контрольные вопросы

С какой целью проводится расчёт валов?

На каком этапе проектирования проводится предварительный расчёт валов?

Как выполняется расчёт вала, если он нагружен силами, расположенными в разных плоскостях?

На каком этапе проектирования выполняется уточнённый расчёт валов?

На каком этапе и с какой целью выполняется проверочный расчёт валов?

Как в расчёте учитываются коэффициенты концентрации напряжений?

Какими мерами можно повысить сопротивление валов усталости?

Расчёт и проектирование опор валов

Опорами валов транспортных приводов практически всегда служат подшипники скольжения либо подшипники качения.

 

Расчёт и выбор подшипников скольжения

Исходными данными для проектирования опор скольжения являются нагрузка на опору, частота вращения вала, диаметр цапфы, условия эксплуатации [1, 7,… В зависимости от характера реакций опоры применяют различные конструктивные…  

Расчёт и выбор подшипников качения.

Осевые подшипники привода EUK

При проектировании подшипникового узла рекомендуется придерживаться следующей методики выбора подшипников [44]. Предварительно выбирают тип подшипника, зная силы, действующие на опору, и по… Fr >> Fa и Fa» 0, то принимается радиальный подшипник;

Особенности проектирования подшипниковых узлов

Неточность монтажа, нагрев, деформации вала могут привести к заклиниванию вращающихся колёс, что, особенно в момент движения, чревато весьма неприятными последствиями. Предотвращение этого достигается различными мероприятиями [ 34, 44].

Схемы установки подшипников зависят от характера нагружения и деформирования валов (рис. 6.5). Применяют фиксированные и плавающие опоры. В фиксированных внутренние и наружные кольца неподвижны в осевом направлении. В плавающих внешнее кольцо может перемещаться в осевом направлении за счёт установки подшипника в специальном стакане с зазором. Плавающей обычно делают ту опору, где меньше радиальная нагрузка. При большом расстоянии между опорами (вал червяка) фиксированная опора для жёсткости имеет два подшипника. Для свободных температурных перемещений подходят радиальные роликоподшипники с цилиндрическими роликами и радиальные шарикоподшипники с незакреплёнными наружными кольцами.

Короткие валы при слабом нагреве можно устанавливать на подшипники враспор, когда один подшипник фиксирует осевое смещение вала в одну сторону, а другой – в другую. Схема с фиксацией подшипников враспор удобна в монтаже, но требует жёстких допусков на линейные размеры и опасна возможным защемлением тел качения при нагреве.

 

Рис. 6.5. Схемы установки подшипников

При установке враспор для радиальных подшипников оставляют осевой зазор, а для радиально-упорных предусматривают осевую регулировку.

Крепление подшипников на валу и в корпусе выполняют для восприятия осевых нагрузок, действующих на опору.

Для закрепления внутренних колец на валу применяются различные средства (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Способы осевого закрепления внутренних колец

Для фиксации наружных колец применяют различные устройства (рис.6.7).

 

Рис. 6.7. Способы осевого закрепления наружных колец

 

Радиально-упорные подшипники требуют осевого регулирования, которое делается смещением наружного кольца (рис. 6.8).

 

Рис. 6.8. Осевое регулирование наружных колец

Деформации подшипников качения примерно равны деформациям валов. Поддержание высокой жёсткости подшипниковых узлов обеспечивает точность вращения системы. Максимальную жёсткость имеют точные роликоподшипники.

Жёсткость увеличивается предварительным натягом, суть которого в выборке зазоров и начальном сжатии тел качения. Это достигается взаимным осевым смещением колец (рис. 6.9).

 

Рис. 6.9. Способы организации предварительного натяга подшипников

Излишний преднатяг приводит к усилению износа сепаратора из-за набегания на него части тел качения и отставания другой части в связи с разными их диаметрами.

Уплотняющие устройства это специальные детали, выполненные из мягких упругих материалов (мягкие металлы, резина, пластмасса, войлок и т.п.), которые предотвращают вытекание смазки из подшипниковых узлов и попадание в них загрязнения (рис. 6.10).

Манжетные, а также аналогичные им уплотнения с войлочными или металлическими кольцами применяются на низких и средних скоростях, дают плотный контакт подвижных и неподвижных деталей.

Бесконтактные (щелевые и лабиринтные) уплотнения препятствуют протеканию жидкостей и даже газа через каскад щелей и камер. Зазоры и размеры камер назначаются в зависимости от диаметра вала (таб. 6.8)

 

Рис. 6.10. Основные типы уплотнений

-

Таблица 6.8 Рекомендуемые размеры бесконтактных уплотнений, мм
Параметры уплотнений	Диаметр вала
10…50	50…85	85…100
Радиальный зазор	0,2	0,3	0,4
Осевой зазор	1,0	1,5	2,0
Глубина камеры	1,5	2,0	2,0
Осевой выход поверхности вала за уплотнение	1,5	2,0	2,0
Осевое расстояние до первой камеры
Минимальное число щелей

 

Уплотнения, основанные на действии центробежной силы, просты и рациональны, но не обеспечивают полной защиты при остановке машины. Поэтому их применяют при скорости на радиусе сопряжения более 7 м/с, в сочетании с другими, и главным образом для защиты подшипников от загрязнения продуктами износа из общей масляной ванны.

Контрольные вопросы

Что является исходными данными для проектирования опор скольжения?

Какие материалы применяются для вкладышей?

Какие посадки назначаются для установки вкладыша в корпус?

Какие данные необходимо знать для расчёта подшипников качения?

Как в зависимости от реакций опоры назначают тип подшипника?

Какими мерами предотвращается заклинивание опор валов?

В чём различие фиксированной и плавающей опор?

Какие способы существуют для закрепления внутренних и наружных колец подшипников?

Как выполняют осевое регулирование радиально-упорных подшипников?

Как и за счёт чего увеличивается жёсткость подшипниковых узлов?

Какие существуют уплотняющие устройства подшипниковых узлов?

Расчёт и выбор муфт. Муфта привода рабочих механизмов

Шпалоподбивочной машины ШПМ-2

Рассмотрим пример выбора МУВП для привода рабочих механизмов (рис. 7.1) шпалоподбивочной машины ШПМ-2 [11, 33]. На фрагменте кинематической схемы машины показан двигатель 1, центральный… Примем самые напряжённые условия расчёта МУВП, предполагая, что отбор мощности на коробку передач не производится и…

Контрольные вопросы

Какой тип муфт получил наиболее широкое распространение?

Какой параметр является определяющим при выборе муфты?

Из каких материалов изготавливают детали муфты?

Какая деталь муфты МУВП наиболее уязвима?

Как производится замена изношенных деталей МУВП?

Как расшифровывается обозначение МУВП в документах?

Расчёт ходовых винтов. Железнодорожный винтовой

Домкрат ДВ10

В таких механизмах для снижения потерь применяют ходовые резьбы, обладающие минимальным трением. Используются прямоугольная, трапецеидальна… Прочность витков прямоугольной резьбы низка, а чувствительность к износу… Трапецеидальная симметричная резьба имеет малые потери на трение и применяется для передачи реверсивного движения под…

Контрольные вопросы

Для чего применяются винты с ходовыми резьбами?

Каковы особенности прямоугольной и трапецеидальной резьб?

Каковы особенности симметричной и несимметричной трапецеидальных резьб?

Из какого условия рассчитывается средний диаметр ходовой резьбы?

Как ходовой винт проверяется на устойчивость?

Как ходовой винт проверяется на самоторможение?

По каким напряжениям проверяется прочность ходового винта?

По каким напряжениям проверяется прочность витков гайки?

Конструирование корпусов редукторов,

Рам и плит агрегатных приводов

В корпусе редуктора размещаются детали зубчатых передач, поэтому он должен обеспечивать высокую прочность и жёсткость, исключающие перекосы. Кроме того, конструкция корпуса должна предусматривать высокую технологичность сборки-разборки, а также залива, слива и контроля масла, доступа к подшипникам, подъёма и транспортировки редуктора.

Корпусные детали обычно имеют сложную форму и поэтому изготавливаются, в большинстве случаев, методом литья или, реже, сварки (рис. 9.1).

Габариты корпуса определяет число и размеры размещённых в нём деталей, относительное расположение и зазоры между ними. Ориентировочно размеры корпуса определяются при составлении компоновочной схемы механизма и уточняются при разработке конструкции узлов.

Корпуса современных редукторов очерчивают плоскими поверхностями, все выступающие элементы (бобышки подшипниковых гнёзд, рёбра жёсткости) по возможности устраняют с наружных поверхностей и размещают внутри корпуса, лапы под болты крепления к основанию стараются не выводить за габариты корпуса, проушины для транспортировки отливают заодно с корпусом [15, 20, 39]. Всё это обеспечивает большую жёсткость и шумозащитные свойства, уменьшение коробления при старении, больший объём масла, упрощение наружной очистки.

Корпус обычно выполняют разъёмным, состоящим из основания (картера) и крышки (рис. 9.2). Плоскость разъёма проходит через оси валов. В вертикальных редукторах разъём делают по двум или трём плоскостям. В конструкциях червячных редукторов разъём корпуса, как правило, делается по оси червячного колеса, что упрощает сборку узла: вал с подшипниками и червячным колесом.

Накладные крышки используют во всех видах редукторов. Закладные (врезные) крышки используют в цилиндрических, реже в конических и червячных редукторах для регулировки зацепления.

Корпуса изготавливают из серых чугунов СЧ10 или СЧ15. Сварные конструкции из листовой стали Ст2 или Ст3 применяют редко, обычно только для крупногабаритных редукторов индивидуального изготовления. При жёстких требованиях к массе применяются лёгкие сплавы (алюминиевые, магниевые).

На конструкцию корпуса влияет также и технология механической обработки плоскостей, крупных точных отверстий и мелких отверстий. Конструкции должны быть по возможности простой формы.

Все корпуса, хотя их конструкции весьма разнообразны, так или иначе имеют сходные по конструкции типовые элементы (рис. 9.3).

Для расчёта основных параметров типовых элементов корпуса необходимо знать: − межосевое расстояние или внешнее конусное расстояние (A_W, R_e);

− диаметры начальных окружностей, вершин и ширину зубчатых колёс;

− наружные диаметры подшипников.

В червячных редукторах с большим выделением тепла предусматривают отдушину, соединяющую полость редуктора с атмосферой. Установка отдушины повышает надёжность уплотнений, т.к. они не нагружены избыточным давлением.

Простейшая отдушина – ручка крышки смотрового окна или пробка с отверстиями (табл. 9.2). Угловое направление дренажных отверстий не позволяет посторонней жидкости или пыли проникать внутрь корпуса.

Наиболее эффективна отдушина с сетчатым фильтром (табл. 9.3).

Рис. 9.3. Типовые конструктивные элементы корпусов

 

Рекомендованные ориентировочные размеры типовых конструктивных элементов литых корпусов показаны на рисунке 9.4.

Рис. 9.4. Определение конструктивных размеров корпуса

 

Размеры корпуса выбираются по следующим соотношениям:

Размер	Рекомендация по выбору
Толщина стенок картера δ и крышки δ1:	всегда ≥ 8 мм
Одноступенчатого цилиндрического редуктора:	δ = 0,025AW +1; δ1 = 0,02 AW +1;
Одноступенчатого конического редуктора:	δ = 0,05Re + 1; δ1 = 0,04Re + 1;
Одноступенчатого червячного редуктора:	δ = 0,04 AW + 2; δ1 = 0,032AW + 2;
Двухступенчатого червячного редуктора:	δ = 0,025AW2 +3; δ1 = 0,02AW2 +3.
Толщина соединительных фланцев:	b = b1 = 1,5 δ.
Толщина нижнего фланца корпуса без бобышки:	р = 2,35 δ;
Толщина нижнего фланца корпуса с бобышкой:	р1 = 1,5 δ1; р2 = (2,25…2,75)δ;
Толщина рёбер основания корпуса:	m = (0,85…1)δ;
Толщина рёбер крышки:	m1 = (0,85…1)δ1;
Диаметр фундаментных болтов ( ≥ 4 шт):	d1 = (0,03..0,036)AW2+12 (для цил.); d1 = 0,072Re+12 (для конического).
Диаметр болтов, соединения картера с крышкой:	d3 = (0,5…0,6) d1.
Координаты болтов d2:	e ≈ (1…1,2) d2; q ≥ 0,5 d2 + d4.
Диаметр болтов крышки подшипника:	d4 = (0,4…0,5)d1
Высота бобышки h6 под болт d2:	h6 выбирают конструктивно так, чтобы образовалась опора под головку болта и гайку, h6 у всех одинаковая.
Диаметр стяжных болтов подшипников:	d2 = (0,7…0,75) d1;
Диаметр болтов, соединения картера с крышкой:	d3 = (0,5…0,6) d1.
Диаметр отверстия в гнезде подшипника:	Dn – по наружному диаметру подшипника или стакана;
Винты крепления крышки d4:	М8…М12 (число винтов 4…6);
Диаметр гнезда наружный:	DK = D2 + (2…5); D2 – диаметр фланца крышки подшипника;
Длина гнезда:	l* = δ + C2 + Rб +(3…5); Rб ≥1,1d2.
Диаметр штифта, длина штифта:	dш ≈ d3; lш=b + b1 + 5.
Наименьший зазор между колесом и стенкой корпуса по диаметру:	А ≈ (1…1,2) δ; по торцам: А1 ≈ А.

− Для удобства обработки торцов бобышек и проверки перекоса осей отверстий размер Е принимают одинаковым для всех опор, поэтому и размер l принимают для всех гнёзд одинаковым.

Ширина лапы K и расстояние C от оси отверстия под болт до стенки корпуса выбирается в зависимости от диаметра болтов:

Размер болта:	М6;	М8;	М10;	М12;	М16;	М20;	М24;	М27;	М30;
Ширина лапы K, мм:	22;	24;	28;	33;	39;	48;	54;	58;	65;
Расстояние до стенки C , мм:	12;	13;	16;	18;	21;	25;	34;	36;	50.

−Радиусы галтелей выбирают из ряда: 1, 2, 3, 5, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 40 мм.

Картер и крышку центрируют относительно друг друга двумя коническими штифтами, устанавливаемыми без зазора до расточки гнёзд под подшипники. Крышку крепят к картеру болтами d₃ для герметичности. Расстояние между болтами примерно (10…15) d₃.

Для захвата редуктора при подъёме под фланцем картера делают приливы в виде крюков. Для снятия крышки на ней делают крюки или петли (рис. 9.5).

Рис. 9.5. Крюки и петли для подъёма

При конструировании корпусов следует придерживаться установленных литейных уклонов (табл. 9.1).

Таблица 9.1 Рекомендуемые литейные уклоны
	Уклон а:h	Угол β	Применение
1:5	11°30'	Стали	h ≤ 25мм
1:10 1:20	5°30' 3°	h = 25… ..100 мм
1:50	1°	h >500мм
1:100	30'	Цвет. мет.	–

Для заливки масла и осмотра в корпусе есть окно с крышкой (таб. 9.2).

Таблица 9.2 Размеры смотровой крышки и пробки-отдушины
A	B	A1	B1	C	K	R	Размер винта	Кол-во, винтов
							М8´22
							М8´22
							М10´22

–

Таблица 9.3 Отдушина с сетчатым фильтром, размеры, мм
А	Б	В	Г	Д	Е
М27´2
М48´3
Ж	З	И	К	Л	М
Н	О	П	Р	С

−

 

Для слива масла и промывки редуктора в нижней части корпуса делают отверстие с резьбой и пробкой (табл. 9.4). Под головку пробки ставят уплотняющую прокладку из кожи, маслостойкой резины, алюминия или меди. Коническая резьба в пробке уплотняет надёжнее. Маслосливное отверстие выполняют на уровне днища или даже несколько ниже. Днище желательно выполнять с наклоном 1…2 градуса в сторону маслосливного отверстия.

 

Таблица 9.4 Пробки к маслосливным отверстиям, размеры, мм
d	b	m	a	L	D	s	l
М16´1,5							19,6
М20´2							25,4
М22´2
М27´2						31,2
М30´2					36,9
М33´2

 

Для облегчения отделения крышки от основания корпуса на поясе крышки предусматривают два отжимных винта.

Подшипники закрывают крышками глухими и сквозными, через которые проходят хвостовики валов. Крышки делают из СЧ10 или СЧ15 либо врезные, либо на винтах.

Пример эскизной компоновки корпуса показан на рисунке 9.6.

Рис. 9.6. Компоновка корпуса коническо-цилиндрического редуктора

 

точность корпусных деталей требует особого внимания, поскольку она напрямую обуславливает точность зацепления и, соответственно, надёжность работы зубчатых колёс и подшипников.

Поэтому на размерах, нанесённых на чертежах, кроме размеров относительно низкой точности, должны быть указаны предельные отклонения, мм.

на свободные размеры задают предельные отклонения общей зависимостью в технических требованиях.

На резьбовые крепёжные отверстия задают поле допуска 7Н.

Межосевые расстояния являются базовыми составляющими сборочных размерных цепей. предельные отклонения межосевых расстояний указываются вместе с соответствующим размером (A_W ± Δ) и вычисляются, как
Δ = ± (0,6…0,7)f_a, где f_a − предельное отклонение межосевого расстояния цилиндрической (ГОСТ 1643−81) или червячной (ГОСТ 3675−81) передачи (табл. 9.5).

 

Таблица 9.5 Допускаемое отклонение fa, мкм межосевого расстояния
Межосевое расстояние AW	до 80	80..125	125..180	180..250	250..315	315..400
Цилиндрическая передача
Червячная передача: AW	до 80	80..120	120..180	180..250	250..315	315..400
степень точности 7
степень точности 8
степень точности 9

 

На базовые поверхности корпусных деталей указывают допуски плоскостности: на плоскость основания Т = 0,05/100 мм/мм; на плоскость разъёма Т= 0,02/100 мм/мм (рис. 9.7); на торцовые плоскости Т = 0,03/100 мм/мм.

 

Рис. 9.7. Обозначение допуска плоскостности

 

Допуски параллельности плоскостей основания и разъёма и перпендикулярности плоскостей основания и под крышку подшипникового узла к плоскости разъёма 0,05/100 мм/мм. Обозначается аналогично.

На базовые отверстия для опор валов приводят допуски цилиндричности величиной 0,5t, где t − допуск диаметра (рис. 9.8).

 

Рис. 9.8. Обозначение допуска цилиндричности

Для цилиндрических зубчатых передач допуски параллельности (рис. 9.9) и перекоса осей на ширине корпуса L цилиндрического редуктора вычисляют, как T_x = (0,6…0,7)f_x∙L/b; T_y = (0,6…0,7)f_y∙L/b, где допуски зависят от степени точности передачи (табл. 9.6)

Рис. 9.9. Обозначение допуска параллельности

–

Таблица 9.6 Допуски параллельности и перекоса осей, мкм
	Ширина колеса, мм	Степень точности передачи
Отклонение
fx	до 40
40…100
fy	до 40	4,5	5,6
40…100	6,3

Для конических и коническо-цилиндрических редукторов задают допуск перпендикулярности (рис. 9.10) осей отверстий для опор валов конической шестерни и колеса, который определяют по формуле T = 2∙(0,6…0,7)E_Σ∙L₀/R,

где E_Σ − предельное отклонение межосевого угла в передаче (табл. 9.7).

Рис. 9.10. Обозначение допуска перпендикулярности осей

−

 

Таблица 9.7 Предельное отклонение межосевого угла в передаче
Отклонение	Среднее конусное расстояние R, мм
< 50	50 … 100	100 … 200
Угол δ1 делительного конуса шестерни, град.
< 15	15...25	> 25	< 15	15...25	> 25	< 15	15...25	> 25
± EΣ

−

Кроме этого, задают отклонения внешнего конусного расстояния (табл. 9.8), которые показывают вместе с размером и определяют по соотношению
Δ = ± (0,7...0,8)f_a, где f_a − отклонение внешнего конусного расстояния в конической и гипоидной передаче.

Таблица 9.8 Отклонение внешнего конусного расстояния±fa, мкм
Степень точности	Среднее конусное расстояние R, мм
< 50	50 … 100	100 … 200

На чертежах корпусов червячных редукторов задают допуск перекоса (рис. 9.11) осей отверстий для опор червяка и вала колеса

T_y = (0,7…0,8) f_Σ∙L₀ / b₂,

где b₂ − ширина венца колеса; L₀ − расстояние между плоскостями корпуса;
f_Σ − предельное отклонение межосевого угла в передаче (табл. 9.9).

Зазоры между стержнями болтов и стенками крепёжных отверстий в основании корпуса используют для выверки положения редуктора на плите. Позиционный допуск отверстий в основании корпуса T = 0,2(d₀ − d), а позиционные допуски отверстий в других местах корпуса T = 0,4(d₀ − d), где d₀ и d − диаметры отверстия и стержня винта или шпильки.

Рис. 9.11. Обозначение допуска перекоса осей отверстий

-

Таблица 9.9 предельное отклонение межосевого угла fΣ, мкм
Ширина венца b2, мм	Степень точности передачи
< 63
63 …100

-

Ниже приведены образцы рабочих чертежей корпусов (рис. 9.12…9.18).

Рис. 9.12. Рабочий чертёж картера корпуса червячного редуктора

 

Рис. 9.13. Рабочий чертёж крышки корпуса цилиндрического редуктора

-

Рис. 9.14. Картер корпуса двухступенчатого цилиндрического редуктора

-

Рис. 9.15. Крышка корпуса двухступенчатого цилиндрического редуктора

-

Рис. 9.16. Картер корпуса коническо-цилиндрического редуктора

-

Рис. 9.17. Крышка корпуса коническо-цилиндрического редуктора

-

Рис. 9.18. Картер корпуса червячного редуктора

 

Шероховатость поверхностей указывается в соответствующих местах корпуса на чертеже:

− мест установки подшипников качения Ra3,2;

− плоскости соединения картера и крышки Ra1,6…3,2;

− поверхностей под боковые накладные крышки подшипников Ra6,3;

− отверстий под конические штифты Ra3,2;

− опорной поверхности корпуса Ra12,5;

− других обрабатываемых поверхностей Ra25.

Рис. 9.19. Привод на раме

Рамы и плиты для монтажа приводов обеспечивают точное положение узлов. Привод монтируют на раме, сваренной из элементов сортового проката – швеллеров, уголков, полос, листов или на литой чугунной плите (рис. 9.19).

В общем случае выбор рамы или плиты зависит от конструкции привода и требований точности.

При единичном изготовлении привода дешевле сварить для него раму, подходящую для размеров двигателя и редуктора.

Рассмотрим контур простейшей рамы для привода с коническо-цилиндрическим редуктором.

Под главным видом дан вид сверху (рис. 9.20). Сначала намечают ось положения двигателя и входного вала, затем на расстоянии l намечают отверстия d_э и d_p, соответствующие лапам электродвигателя и редуктора, их координаты С_э, С_2э, С_р, С_2р, С_3р. По размерам электродвигателя определяют размеры b_э, b_1э, C_1э, l_2э опорных поверхностей двигателя, а из чертежа корпуса редуктора – размеры b_p, b_1p, C_1p, l_2p. Под редуктор и двигатель на раме размещают платики в виде узких полос 3 или 4, или отдельных прямоугольников 5 и 6, размеры которых на 5…10 мм больше, чем у лап.

Размеры рамы в плане (рис. 9.20) B и L определяют, добавляя b₀ = 8…10 мм, а затем округляют до стандартных значений линейных размеров, мм (250, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 450, 480, 500, 530, 560, 600, 630, 670, 710, 750, 800, 850, 900, 950). Затем определяют высоту рамы H = (0,08…0,10) L, по которой подбирают ближайший больший размер швеллера (табл. 9.10).

 

Таблица 9.10 Размеры стандартных швеллеров, мм

Обозначение швеллера – "номер профиля"

6,5

Высота стенки

Ширина полки

 

 

Рис. 9.20. Конструкция рамы для привода

Раму (рис. 9.21…22) удобно конструировать из двух продольных швеллеров 1 и приваренных к ним трёх-четырёх поперечных швеллеров 2.

Рис. 9.21. Продольные и поперечные швеллеры в раме

Для жёсткости увеличивают высоту Н, а к поперечным швеллерам 2 добавляют диагональные балки 3 (рис. 9.21).

Рис. 9.22. Основные размеры рамы

 

Рамы при сварке сильно коробит, поэтому базовые поверхности обрабатывают после сварки, отжига и рихтовки. Высоту платиков после их обработки принимают h = 5…6 мм.

Швеллеры располагают полками наружу. Это удобно для крепления. Для болтов в полках сверлят отверстия на проход стержня болта. На внутреннюю поверхность полки наваривают или накладывают косые шайбы под головки болтов. Размеры косых шайб приведены в таблице 9.11.

Таблица 9.11 Размеры косых шайб по ГОСТ 10906-78, мм
	Болт	М16	М18	М20	М22	М24
d
H1	5,7	6,2	6,2	6,2	6,8
B
H	7,3	8,4	8,4	8,4	9,5

Для винтов в отверстиях полок рамы нарезают резьбу.

В рамах сложной формы число болтов увеличивают. В зоне фундаментных болтов к нижним полкам швеллера внутри приваривают косые шайбы или высокие стойки, увеличивающие жёсткость рамы.

При возможности фундаментные болты пропускают насквозь через обе полки швеллера, а полки связывают рёбрами, трубами или уголками. Это увеличивает жёсткость рамы, которая воспринимает нагрузки всей высотой, а не только нижними полками (рис. 9.23).

Рис. 9.23. Крепление швеллеров

Для крепления рамы к полу применяют фундаментные болты, расположение которых определяется при проектировании рамы. Диаметр и число фундаментных болтов принимают в зависимости от длины рамы.

Длина рамы L, мм:	До 700;	от 700 до 1000;	от 1000 до 1500
Диаметр болтов, мм:	16;	18…20;	22…24;
Минимальное число болтов:	4;	6;	8.

Иногда необходимо поднять раму над полом. Тогда раму устанавливают на стойки (не менее 6), приваренные к нижним полкам швеллеров. Жёсткость невысокой рамы повышают привариванием косынок 1.

Жёсткость высоких рам увеличивают привариванием уголков непосредственно к стойкам внахлёстку или враспор.

При серийном выпуске для монтажа привода выгоднее применять плиты, которые изготавливают из отливок серого чугуна марок СЧ15 или СЧ20. Размеры h₀ и L (рис. 9.24), а также ширина плиты зависят от компоновки установленного на ней привода. Толщину стенок d находят в зависимости от вращающего момента на тихоходном валу М_вр d = 1,2 (М_вр)^1/4 ≥ 6мм. Толщина всех стенок должна быть одинаковой. Высоту плиты выбирают по тем же принципам, что и для рам: H = (0,08…0,10) L.

Из-за образования пористостей и раковин в чугунной отливке опасно создавать большие горизонтальные поверхности. Поэтому в горизонтальных участках делают большие окна. Это, к тому же экономит металл.

 

Рис. 9.24. Конструкция монтажной плиты

Окна окаймляют невысокими (1,3d ) контурными рёбрами. Фундаментные болты крепления плиты к полу размещаются на приливах. Для прочности и жёсткости эти приливы делают высокими, одинаковой высоты для упрощения механической обработки и применения одинаковых болтов. Для транспортировки плиты краном в её вертикальных стенках делают сквозные отверстия 25…30 мм.

Размеры платиков для крепления двигателя и редуктора аналогичны соответствующим размером для рам.

Крепёжные отверстия в раме имеют резьбу.

Контрольные вопросы

Какие технологии применяют при изготовлении корпусных деталей?

С какой целью корпус выполняют разъёмным?

Из каких материалов выполняют литые корпуса?

Каковы типовые элементы, имеющиеся у любого корпуса?

Какие параметры необходимо знать для расчёта элементов корпуса?

Как соединяют и центрируют корпусные детали?

Какие специфические детали есть в корпусах червячных редукторов?

Какие детали служат для слива и залива масла?

Как контролируется уровень масла в корпусе?

Какими деталями закрывают подшипниковые узлы?

Как обеспечивается точность корпусных деталей?

Какова допускаемая шероховатость различных частей корпуса?

Каково назначение рам и плит в конструкциях приводов?

В каких случаях целесообразнее применять рамы, а в каких − плиты?

Как рамы крепятся к полу?

Как обеспечивается жёсткость рам с длинными пролётами?

Системы смазывания деталей приводов

В механизмах необходимо смазывать те сопряжения, в которых контактируют движущиеся детали. В первую очередь − зубчатые зацепления, особенно… Смазывание применяют для защиты от коррозии, снижения потерь на трение, отвода… Для редукторов общего назначения применяют непрерывное смазывание зацеплений жидким маслом картерным способом…

Контрольные вопросы

Какие участки необходимо смазывать в механизмах?

При каких условиях назначают картерное смазывание (окунанием)?

Как назначается оптимальный уровень масла?

Как организуется смазывание червячного зацепления при нижнем и при верхнем расположении червяка?

Какие конструкции маслоуказателей и в каких случаях применяются?

При каких условиях для подшипников применяют жидкие и консистентные смазки?

Какие устройства применяют для добавления консистентной смазки?

Расчёт соединений деталей приводов

Транспортной техники

 

В приводах транспортных машин применяются как разъёмные, так и неразъёмные соединения деталей. Выбор типа соединения обусловлен не только характером действующих нагрузок и условиями работы, но и технологическими факторами, главным из которых является ремонтопри­годность машины.

Расчёт сварного соединения. Уголковый кронштейн

Для растяжек крепления нестандартного груза

При пе­ревозке в грузовом вагоне

Электроды, покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей (по ГОСТ 9467-75) изготавливают следующих типов… В любом случае для расчёта самых сложных сварных швов сначала не­обходимо… Рассмотрим методику прочностного расчёта сварных швов на примере конструкции уголкового кронштейна (рис. 11.1) для…

Стяжных и анкерных болтов

Болты (винты) изготавливают разных классов прочности, например из стали 35, класс прочности 5.6 (первое число, умноженное на 100, показывает предел… Пример условного обозначения болта с наружным диаметром метрической резьбы d =… Стандарты предусматривают и другие исполнения, в частности с резьбой до головки, а также различные варианты исполнений…

Расчёт соединения с натягом. Посадка колеса на ось колёсной пары локомотива

Соединения деталей с натягом широко распространены в транспортном машиностроении. Образуются за счёт натяга, т.е. отрицательной разницы диаметров… Наиболее типичным примером такого соединения является посадка колеса на ось… Рассмотрим расчёт такого соединения (рис. 11.9) на примере сопряжения колеса с осью ведущей колёсной пары тепловоза…

Вычисляем коэффициенты радиусов, учитывая, что ось не имеет отверстия в центре (r1=0), а наружный радиус ступицы колеса r3 = 350/2 = 175 мм

С₁ = (r₂²+r₁²)/(r₂²–r₁²) – μ₁ = (117,5² + 0)/(117,5² – 0) – 0,3 = 0,7;

С2 = (r32+r22)/(r32–r22) + μ2 = (1752 + 117,52)/(1752 – 117,52) – 0,3 = 2,342.

Определяем минимальный расчётный натяг

Δ_min= p_kmind₂(С₁/Е₁+С₂/Е₂) = 10,7∙235(0,7/20∙10⁴+2,342/20∙10⁴) = 38,4 ≈ 40 мкм.

Вычисляем поправку на неровность поверхностей

u_R ≈ 1,2(R_a1+R_a2) = 1,2(1,25+4,0) = 5,1 ≈ 6 мкм.

Вычисляем поправку на разность температур. Колесо при сборке нагре­вают до t_p1 = 200 °С, а ось не нагревается (t_p2 = 20 °С). Коэффициенты температурного линейного расширения для сталей при нагреве примем α₁ = α₂ = 11·10⁻⁶ [1/°С]. Тогда поправка на разность температур u_t = (α₁t_p1 – α₂t_p2)d₂ =
= (11 · 10⁻⁶ · 200 − 11 · 10⁻⁶ · 20) · 235 = 0,04653 мм ≈ 47 мкм.

Минимальный табличный натяг с учётом всех технологических факторов равен Δ_Тmin = Δ_min + u_R + u_t = 40 + 6 + 47 = 93 мкм.

Назначаем посадку в системе отверстия (табл. 11.10). Для посадочного диаметра 235 мм: Æ235P9/p6 с полем допуска вала p6 (₊₅₀⁺⁷⁹) и полем допуска отверстия P9 (_–165^–50). Такая посадка обеспечит натяг в диапазоне от минимального Δ_min = 50 + 50 = 100 мкм ( больше, чем Δ_Тmin = 93 мкм) до максимального Δ _max = 79 + 165 = 244 мкм.

Проверяем прочность соединения при контактном давлении, соответствующем максимальному натягу

p_kmax = p_kminΔ _max /Δ_Тmin = 10,7·244/93 = 28,1 МПа.

Вычисляем эквивалентные напряжения для опасных точек посадочной поверхности ступицы колеса

σ_экв = p_kmax 2r₃²/(r₃²– r₂²) = 28,1·2·175²/(175²–117,5²) = 102,3 МПа.

Коэффициент запаса прочности n_ступ = σ_Т /σ_экв = 250/102,3 = 2,44.

Прочность оси не проверяется, поскольку в её центре отверстий нет.

Таким образом, можем сделать заключение о достаточной прочности соединения.

В качестве дополнительного примера рассмотрим расчёт посадки венца (рис. 11.10) на чугунную ступицу червячного колеса редуктора механизма перемещения пакетов пути моторной платформы МПД [26, 33].

Венец выполнен из бронзы БрА9ЖЗЛ, отливка в землю (σ_Т = 200 МПа, табл. 3.2); ступица из серого чугуна СЧ15 (σ_ПГ.Р = 118 МПа; μ = 0,25). Сборка без нагрева напрессовкой.

Мощность, передаваемая червячным колесом N₂ = 12 кВт и частота его вращения n₂ = 50 об/мин. Необходимо проверить прочность соединения, т.е. не вызовет ли заданная нагрузка проворачивание венца на ступице.

Находим вращающий момент на колесе

M₂ = 30N₂ / (π·n₂) = 30·12·10³/(3,14 ·50) = 2,3·10³ Нм.

Коэффициент трения в зоне сопряжения венца и ступицы (табл. 11.8) выбираем для бронзы по чугуну f = 0,07.

Принимаем коэффициент запаса сцепления К =1,2 для заданной нагрузки.

Минимальное контактное давление на сопрягаемых поверхностях деталей при длине посадочного участка l = 50 мм для передачи требуемого момента должно быть

p_kmin = 2K·M₂ / (fπd₂²l) = 2 ·1,2 ·2,3 ·10³ ·10³ / (0,07 ·3,14 · 200² ·50) = 12,5 МПа.

Модули упругости для чугунной ступицы и для бронзового венца принимаем E₁ = E_чуг = 10·10⁴ Н/мм²; E₂ = E_брон = 8,5 ·10⁴ МПа.

Коэффициент Пуассона μ для чугуна ≈ 0,25; для бронзы и латуни ≈ 0,32.

Вычисляем коэффициенты радиусов

С₁ = (r₂²+r₁²)/(r₂²–r₁²) – μ₁ = (100² + 22,5²)/( 100² – 22,5²) – 0,25 = 0,86;

С₂ = (r₃²+r₂²)/(r₃²–r₂²) + μ₂ = (125² + 100²)/( 125² – 100²) – 0,3 = 4,88.

Определяем минимальный расчётный натяг

Вычисляем поправку на неровность поверхностей uR ≈ 1,2(Ra1+Ra2) = 1,2(1,25+1,25) = 3 мкм. Поправка на разность температур ut = 0, т.к. при сборке колеса все температуры одинаковы.

Расчёт шпоночных соединений

По диаметру вала (табл. 11.11) выбирают одну из стандарта (ГОСТ 23360-78) призматическую шпонку (b×h, мм). Затем из условия прочности боковых поверхностей на смятие находят рабочую… Длину шпонки выбирают из нормального ряда, но не менее расчётной.

Расчёт шлицевого соединения. Хвостовик первичного вала

осевого редуктора ходовой тележки платформы МПД,

Кранов УКД-12,5 и ПКД-25

Смятие и износ связаны с одним параметром – контактным напряжением (давлением) sсм. Это позволяет рассчитывать шлицы по обобщённому критерию… где Z – число шлицов, h – рабочая высота шлицов, l – рабочая длина шлицов, dср… Наибольшее распространение получили прямобочные шлицы (табл. 11.13). Таблица 11.13 Размеры прямобочных…

Расчёт штифтовых соединений

Цилиндрические штифты (табл. 11.15) применяются для закрепления и передачи небольшого вращающего момента и небольших осевых сил между валом и… Штифты работают на срез и смятие. Смятие боковых поверхностей наступает… Из условия прочности на смятие находят требуемый диаметр штифта:

Контрольные вопросы

Какие типы соединений применяются в конструкциях приводов?

Как преобразуется система действующих сил для расчёта сварного шва?

Каковы отличия лобового, флангового и косого швов?

Чем обусловлена величина катета шва?

Как задаются допускаемые напряжения сварных швов?

Как уточняются допускаемые напряжения сварных швов при переменных нагрузках?

Какой вид резьбовых соединений наиболее распространён в технике?

Как расшифровывается обозначение резьбы в документах?

Что является исходными данными для расчёта резьбовых соединений?

В чём основное отличие расчёта болтов, установленных с зазором и без зазора?

В чём заключаются особенности расчёта стяжных болтов?

Как в расчёте учитывается совместное действие растяжения и кручения болта?

Какой диаметр резьбы определяется при проектировочном расчёте?

По каким напряжениям выполняют проверочный расчёт резьбовых соединений?

Каковы особенности конструкции и технологии монтажа анкерных болтов?

Как образуется соединение деталей с натягом?

Как учитывается неровность сопрягаемых поверхностей при посадке с натягом?

Как учитывается разность температур сопрягаемых деталей?

В каких случаях предпочтительнее посадки в системе вала или отверстия?

В каких случаях применяются шлицевые соединения?

По какому критерию рассчитываются шлицевые соединения?

По какому критерию проверяется рассчитанное шлицевое соединение?

Как обозначается прямобочное шлицевое соединение на чертежах?

По каким напряжениям выполняют проектный расчёт шпоночного соединения?

По каким напряжениям выполняют проверочный расчёт шпоночного соединения?

Какие размеры шпонки задаются, а какие рассчитываются из условий прочности?

В каких случаях применяются штифтовые соединения?

По каким напряжениям рассчитывают штифтовые соединения в проектировочном и проверочном расчётах?

Какой размер штифта находят из условия прочности на смятие?

Каковы особенности конструкции и проектирования конических штифтов?

Из каких материалов выполняют штифты?

Заключение

В данном пособии рассмотрены методики расчёта и проектирования всех типовых деталей машин. Каждая методика сопровождается конкретным примером расчёта и выбора параметров. При всём разнообразии приведённых примеров можно проследить общую закономерность расчёта, когда предварительно определяются нагрузки (силы и моменты), условия работы (наработка, режимы работы), выбирается материал, а затем исходя из условия прочности детали определяется ей ключевой параметр, обуславливающий все геометрические размеры, необходимые для построения рабочего чертежа.

За рамками пособия остались нестандартные, крупногабаритные детали и узлы, для расчёта которых необходимо обращаться к справочной литературе, рекомендованной в библиографическом списке.

Дисциплина "ДМОК" не утрачивает своей важности и актуальности, т.к. даже при развитии робототехники и мехатроники в конечном итоге все рабочие операции выполнялись и будут выполняться механическими исполнительными звеньями, которые приводят в движение моторы и механические передачи, установленные на валах, подшипниках и т.д. и т.п.

Механика всегда будет занимать своё ключевое место в мире высоких технологий.

Библиографический список

2. Конструкция, расчёт и проектирование тепловозов / Н.Г. Апанович [и др.]. – М. : Машиностроение, 1969. – 185 с. 3. Баловнев В.И. Дорожные машины. Атлас конструкций. Учебное пособие для… 4. Зубчатые передачи подвижного состава : учебное пособие / В.М.Беляков [и др.]. – Куйбышев : КИИТ, 1990. – 104 с.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИВОДОВ МАШИН и МЕХАНИЗМОВ

ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ

Учебное пособие

Под редакцией доц. А.А.Толстоногова

 

 

Редактор И.А. Шимина

Компьютерная верстка Н.В. Чертыковцева

 

Подписано в печать 15.04.2008 Формат 60х90 1/16.

Бумага офсетная. Печать оперативная. Гарнитура «Таймс». Усл. п. л. 14,3.

Тираж 150 экз. Заказ № 53.

 

Отпечатано в ГОУВПО Самарском государственном университете путей сообщения

443022, г. Самара, Заводское шоссе, 18

Развернуть

Открыть в широком формате